列车牵引系统模块单元传导电磁干扰建模及仿真研究

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列车牵引系统为变压变频逆变器控制的交流传动系统,是高速列车运行过程中传导电磁干扰的主要产生源。随着列车速度越来越快,牵引系统功率不断增大,列车各部分电气线路密集化、复杂化,对传导电磁干扰的分析精度要求越来越高,难度也越来越大。为保证列车安全平稳运行,有必要对系统传导电磁干扰进行仿真预测及分析。本文以某地铁线路的牵引系统为对象,搭建其传导电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)仿真平台,并对线缆屏蔽层有关具体问题进行预测和分析。首先研究了列车牵引系统的工作原理,分析其传导EMI的主要耦合路径及在路径中起关键作用的寄生参数。其次,分析干扰源,利用构造谐振法提取IGBT模块的共模寄生电容;基于阻抗分析仪测量结果,利用遗传算法建立牵引电机的高频等效模型;利用矢量匹配法建立其他分立器件的端口等效模型;利用三维结构提取线缆及其他结构件的高频寄生参数,并根据传导关系建立其模型,将各部分连接搭建牵引系统全电路EMC仿真模型。再次,对牵引系统进行台架试验,测量牵引变流箱直流输入侧及三相输出侧的传导EMI,将测试与仿真结果比较,验证了模型的准确性,并对误差进行分析。最后,利用搭建的仿真模型计算结果分析线缆屏蔽层单双端接地及屏蔽层不连续等具体问题对传导EMI的影响。经分析,所搭建的模型能够有效地反映列车牵引系统传导电磁干扰研究频段内传导EMI的变化趋势,验证了模型的有效性。模型对线缆屏蔽层不同情况下的仿真结果,为抑制牵引系统传导EMI的具体措施提供了参考。
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